DE102017117204A1

DE102017117204A1 - Regeneratives druckluftbremssystem für fahrzeuge

Info

Publication number: DE102017117204A1
Application number: DE102017117204.1A
Authority: DE
Inventors: Jose Leopoldo Contreras; Rodrigo Felix
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-08-02
Filing date: 2017-07-29
Publication date: 2018-02-08
Also published as: CN107672455A; US20180037205A1

Abstract

Ein Fahrzeug weist eine Fahrzeugkarosserie und ein in der Fahrzeugkarosserie angeordnetes regeneratives Druckluftbremssystem auf. Das regenerative Druckluftbremssystem weist eine Leitung, eine in der Leitung angeordnete Turbine und einen mit der Turbine wirkverbundenen und von der Leitung entfernt angeordneten elektrischen Generator auf. Das regenerative Luftbremssystem kann während Bremsereignissen angeschaltet werden, um die Verlangsamung des sich bewegenden Fahrzeugs zu unterstützen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein regeneratives Druckluftbremssystem für ein Fahrzeug. Das regenerative Druckluftbremssystem kann selektiv verwendet werden, um die Belastung des Reibungsbremssystems des Fahrzeugs zu verringern und die Energiemenge, die während der Verlangsamung des Fahrzeugs zurückgewonnen werden kann, zu erhöhen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Notwendigkeit, die Energieeffizienz von Kraftfahrzeugen zu verbessern, ist hinreichend dokumentiert. Es wurden deshalb Bestrebungen angestellt, Energie zurückzugewinnen, die andernfalls als Abwärme während des Fahrzeugbetriebs an die Umgebung verloren würde. Zum Beispiel sind regenerative Bremssysteme bekannt, die durch das Bremsen Energie zurückgewinnen, indem sie einen Elektromotor zu einem elektrischen Generator umfunktionieren. Diesen Systemen fehlt es unter plötzlichen Bremsbedingungen bei hohen Drehzahlen jedoch häufig an Effizienz.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist unter anderem eine Fahrzeugkarosserie und ein in der Fahrzeugkarosserie angeordnetes regeneratives Bremssystem auf. Das regenerative Druckluftbremssystem weist eine Leitung, eine in der Leitung angeordnete Turbine und einen mit der Turbine wirkverbundenen und von der Leitung entfernt angeordneten elektrischen Generator auf.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Fahrzeugs weist die Leitung einen Einlass an einer Vorderseite der Fahrzeugkarosserie und einen Auslass an einer Rückseite der Fahrzeugkarosserie auf.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge erstreckt sich die Leitung zumindest teilweise durch einen Motorraum der Fahrzeugkarosserie.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge erstreckt sich die Leitung zumindest teilweise durch ein Fahrgestell der Fahrzeugkarosserie.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge umfasst die Leitung einen Abzweig mit einem Einlass und ist eine Tür beweglich, um den Einlass zu öffnen und zu schließen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge befindet sich der Einlass nahe einem Radschacht der Fahrzeugkarosserie.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform eines beliebigen der vorstehend genannten Fahrzeuge umfasst ein Betätigungselement, das dazu ausgelegt ist, die Tür zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen, um den Einlass zu öffnen und zu schließen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines beliebigen der vorstehenden Fahrzeuge weist die Leitung einen ersten Abzweig mit einem ersten Einlass und einen zweiten Abzweig mit einem zweiten Einlass auf und treffen sich der erste Abzweig und der zweite Abzweig an einer Verbindungsstelle der Leitung. Die Verbindungsstelle ist der Turbine vorgelagert.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge umfasst die Turbine einen Stator und einen Rotor.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge führt der elektrische Generator einem elektrischen System des Fahrzeugs Strom zu.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge beinhaltet ein Reibungsbremssystem. Das regenerative Druckluftbremssystem und das Reibungsbremssystem arbeiten zusammen, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Fahrzeuge beinhaltet ein Steuersystem, das dazu eingerichtet ist, das regenerative Druckluftbremssystem während der Verlangsamung des Fahrzeugs einzuschalten.
Ein Verfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem das Anschalten eines regenerativen Druckluftbremssystems eines sich bewegenden Fahrzeugs während Fahrzeugbremsereignissen, um die Verlangsamung des sich bewegenden Fahrzeugs zu unterstützen.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens beinhaltet das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn eine angeforderte Verlangsamungsgeschwindigkeit einen Schwellenwert für eine Verlangsamungsgeschwindigkeit übersteigt.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn eine aktuelle Drehzahl des Fahrzeugs einen Schwellenwert für eine Drehzahl des Fahrzeugs übersteigt.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn ein abgeleitetes Ausmaß des Luftstroms, der durch das regenerative Druckluftbremssystem verläuft, einen Schwellenwert für ein Ausmaß des Luftstroms übersteigt.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren treten die Fahrzeugbremsereignisse auf, wenn ein Reibungsbremssystem des sich bewegenden Fahrzeugs angeschaltet wurde.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren beinhaltet die Verwendung einer Turbine, um Energie aus dem Luftstrom zu gewinnen, der über eine Leitung des regenerativen Druckluftbremssystems übertragen wird, und das Versorgen eines elektrischen Generators mit Strom unter Verwendung der aus dem Luftstrom gewonnenen Energie.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Öffnen einer Tür an einem Einlass der Leitung, um es dem Luftstrom zu ermöglichen, in die Leitung einzutreten.
Eine weitere nicht einschränkende Ausführungsform beliebiger der vorstehenden Verfahren beinhaltet das Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems während Nichtbremsereignissen.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Abschnitte, die Ansprüche oder die nachstehende Beschreibung und die nachstehenden Zeichnungen, einschließlich jedweder der dazugehören verschiedenen Aspekte oder jeweiliger individueller Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebigen Kombinationen betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale gelten für alle Ausführungsformen, sofern derartige Merkmale nicht inkompatibel sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung gehen für den Fachmann aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung hervor. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen können kurz wie folgt beschrieben werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs.
2 ist eine schematische Darstellung eines regenerativen Druckluftbremssystems eines Fahrzeugs.
3 ist eine schematische Darstellung eines regenerativen Druckluftbremssystems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 ist eine schematische Darstellung eines regenerativen Druckluftbremssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Steuerstrategie zur Steuerung eines regenerativen Druckluftbremssystems eines Fahrzeugs.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein regeneratives Druckluftbremssystem für ein Fahrzeug. Das regenerative Druckluftbremssystem umfasst eine Leitung, eine in der Leitung angeordnete Turbine und einen mit der Turbine wirkverbundenen elektrischen Generator. Das regenerative Luftbremssystem wird selektiv angeschaltet, um Energie während Bremsereignissen zurückzugewinnen, die Verlangsamung des sich bewegenden Fahrzeugs zu unterstützen oder beides. In einigen Ausführungsformen wird das regenerative Druckluftbremssystem automatisch als Reaktion auf die Betätigung eines Reibungsbremssystems des Fahrzeugs angeschaltet. Diese und andere Merkmale werden in den folgenden Abschnitten der vorliegenden detaillierten Beschreibung ausführlicher erörtert.
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10, das sich entlang einer Fahrbahn 12 in eine Richtung D bewegt. Wenngleich eine beispielhafte Beziehung der Komponenten des Fahrzeugs 10 in 1 dargestellt ist, ist diese Darstellung stark schematisch und dient nicht der Einschränkung der vorliegenden Offenbarung. Mit anderen Worten könnte die Anordnung und Ausrichtung der verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren.
Das Fahrzeug 10 könnte einen herkömmlichen Antriebsstrang oder einen elektrifizierten Antriebsstrang aufweisen. Darüber hinaus ist das Fahrzeug 10 in dieser nicht einschränkenden Ausführungsform als Auto dargestellt. Lastkraftwagen, Autos, Transporter oder sonstige Kraftfahrzeugtypen könnten jedoch ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren.
Das beispielhafte Fahrzeug 10 beinhaltet einen Motor/Antriebsstrang mit einer oder mehreren Energiequellen 14. In einer ersten nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Energiequelle 14 um einen Verbrennungsmotor, wenn das Fahrzeug 10 einen herkömmlichen Antriebsstrang aufweist. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Energiequelle 14 um eine elektrische Maschine (d. h. einen Elektromotor, Generator oder eine Kombination aus Elektromotor/Generator), wenn das Fahrzeug 10 einen elektrifizierten Antriebsstrang aufweist. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst die Energiequelle 14 sowohl einen Verbrennungsmotor als auch eine elektrische Maschine, wenn das Fahrzeug 10 einen Hybridantriebsstrang aufweist. Die Energiequelle(n) 14 erzeugt/erzeugen ein Drehmoment, um einen oder mehrere Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 16 des Fahrzeugs 10 anzutreiben.
Das Fahrzeug 10 weist ein Reibungsbremssystem 18 zum Verlangsamen der Antriebsräder 16 auf, um das Fahrzeug 10 zum Halt zu bringen oder seine Bewegung anzuhalten. Zum Beispiel kann das Reibungsbremssystem 18 dazu betrieben werden, die Drehzahl der Antriebsräder 16 durch das Anlegen eines oder mehrerer Reibungselemente (z. B. Bremsbeläge, -schuhe usw., in der schematischen Abbildung in 1 nicht dargestellt) zu verlangsamen. Das Anlegen der Reibungselemente wandelt die kinetische Energie der sich bewegenden Antriebsräder 16 in Wärme um, um eine Bewegung des Fahrzeugs 10 zu hemmen. Das Reibungsbremssystem 18 wird durch Drücken eines Bremspedals 50 angeschaltet, das sich in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs 10 befindet. Das Bremspedal 50 wird typischerweise von einem Fuß des Fahrzeugführers gedrückt, um das Reibungsbremssystem 18 anzuschalten und das Fahrzeug 10 zu verlangsamen. Wenngleich dies nicht dargestellt ist, könnten das Fahrzeug 10 darüber hinaus ein regeneratives Motorbremssystem aufweisen.
Das Fahrzeug 10 ist zusätzlich mit einem regenerativen Druckluftbremssystem 20 ausgestattet. Das regenerative Druckluftbremssystem 20 kann in Kombination mit dem Reibungsbremssystem 18 verwendet werden, um das Fahrzeug zu verlangsamen 10. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform erzeugt das regenerative Druckluftbremssystem 20 während Bremsereignissen Strom durch eine Rückgewinnung von Energie aus dem Luftstrom, der durch das Fahrzeug 10 verläuft. Verschiedene beispielhafte Druckluftbremssysteme werden nachstehend ausführlicher erörtert.
2 zeigt Details eines beispielhaften regenerativen Druckluftbremssystems 20. Das regenerative Druckluftbremssystem 20 könnte in einem Fahrzeug 10 aus 1 oder einem beliebigen anderen Fahrzeug verwendet werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das regenerative Druckluftbremssystem 20 eine Leitung 22, eine Turbine 24 und einen elektrischen Generator 26.
Die Leitung 22 bildet einen hohlen Durchgang, der sich vollständig oder teilweise durch das Fahrzeug 10 erstreckt. Die Leitung 22 ist in einer Fahrzeugkarosserie 28 oder einem Strukturrahmen des Fahrzeugs 10 angeordnet. Die Leitung 22 wird insofern als „innerhalb“ der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet betrachtet, als sie nicht an einem äußeren Abschnitt des Fahrzeugs 10, sondern stattdessen an einer inneren Komponente des Fahrzeugs 10 befestigt ist. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform verlaufen Abschnitte der Leitung 22 durch hohle Abschnitte eines Fahrwerks 25 des Fahrzeugs 10. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform erstrecken sich die Abschnitte der Leitung 22 durch einen Motorraum 34 des Fahrzeugs 10.
Die Leitung 22 weist einen Einlass 30 und einen Auslass 32 auf. Ein Luftstrom F kann über den Einlass 30 in die Leitung 22 eintreten und über den Auslass 32 aus der Leitung 22 ausgestoßen werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Einlass 30 an einer Vorderseite der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet, während der Auslass 32 an einer Rückseite der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet ist. Die in 2 dargestellte genaue Konzeption der Leitung soll nicht der Einschränkung dienen, und es versteht sich, dass, dass auch andere Ausgestaltungen im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind.
Die Turbine 24 ist in der Leitung 22 an einer Position zwischen dem Einlass 30 und dem Auslass 32 befestigt. Die genaue Position der Befestigung der Turbine 24 kann in Abhängigkeit von verschiedenen Aspekten der Konzeption, die mit dem Fahrzeug 10 verbunden sind, variieren, einschließlich des Ausmaßes des Luftstroms F, der durch die Leitung 22 verlaufen kann, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die Turbine 24 weist einen Stator 36 und einen Rotor 38 auf. Bei dem Stator 36 handelt es sich um eine statische Komponente und bei dem Rotor 38 handelt es sich um eine bewegliche Komponente. Zum Beispiel steuert der Stator 36 die Drehzahl und die Richtung des Luftstroms F, wenn dieser über die Leitung 22 an den Rotor 38 übertragen wird, und der Rotor 38 dreht sich, um Arbeit (d. h. Energie) aus dem Luftstrom F zu gewinnen.
Der elektrische Generator 26 ist mit der Turbine 24 und insbesondere mit dem Rotor 38 über eine Antriebswelle 40 wirkverbunden. Die von dem Rotor 38 aus dem Luftstrom F gewonnene Energie treibt den elektrischen Generator 26 an, Strom zu erzeugen, der beispielsweise an ein elektrisches System 54 des Fahrzeugs 10 zurückgeführt werden kann. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der elektrische Generator 26 an einer von der Leitung 22 entfernten Position befestigt. Mit anderen Worten ist der elektrische Generator 26 im Gegensatz zur Turbine 24 nicht in der Leitung 22 befestigt.
Ein Steuersystem 42 ist dazu ausgelegt, das An- und Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems 20 während der Bewegung des Fahrzeugs 10 entlang der Fahrbahn 12 in der Richtung D zu steuern. Das Steuersystem 42 könnte ein Teil einer Gesamtfahrzeugsystemsteuerung (Fahrzeugsteuersystem VSC, Vehicle System Controller) sein oder könnte ein separates Steuersystem sein, das mit dem VSC verbunden ist. Das Steuersystem 42 umfasst ein oder mehrere Steuermodule 44, die mit ausführbaren Anweisungen zur Verbindung mit verschiedenen Komponenten des regenerativen Druckluftbremssystems 20 und zum Befehlen des Betriebs derselben ausgestattet sind. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst jedes Steuermodul 44 des Steuersystems 42 eine Verarbeitungseinheit 46 und nichtflüchtigen Speicher 48 zum Ausführen der verschiedenen Steuerstrategien und -modi des regenerativen Druckluftbremssystems 20. Eine beispielhafte Steuerstrategie des regenerativen Druckluftbremssystems 20 wird nachstehend in Bezug auf 5 erörtert.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Steuersystem 42 dazu ausgelegt, das regenerative Druckluftbremssystem 20 anzuschalten, wenn das Reibungsbremssystem 18 (siehe 1) des Fahrzeugs 10 angeschaltet wurde. Dies kann als Bremsereignis bezeichnet werden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kontrolliert das Steuersystem 42 eine Position des Bremspedals 50, um zu bestimmen, ob das Reibungsbremssystem 18 angeschaltet wurde oder nicht. Das Bremspedal 50 kann selektiv von einem Fahrer gedrückt werden, um das Fahrzeug 10 unter Verwendung des Reibungsbremssystems 18 zu verlangsamen. Bei dem Bremspedal 50 kann es sich um eine elektronische Vorrichtung handeln, die einen Sensor 52 zum Anzeigen einer Pedalposition, wenn das Bremspedal 50 betätigt ist, aufweist. Der Sensor 52 kann ein Pedalpositionssignal S1 erzeugen, das an das Steuersystem 42 übertragen wird, wenn Druck auf das Bremspedal 50 ausgeübt wird. Das Pedalpositionssignal S1 zeigt eine Höhe des Drucks an, der auf das Bremspedal 50 ausgeübt wird, und kann von dem Steuersystem 42 dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll, um eine Verlangsamung des Fahrzeugs 10 zu erhöhen, oder nicht. Weitere beispielhafte Funktionen des Steuersystems 42 umfassen eine Kontrolle der aktuellen Drehzahl des Fahrzeugs 10, das Schätzen der Menge des Luftstroms F, der durch die Leitung 22 des regenerativen Druckluftbremssystems 20 verläuft, usw.
Wenn das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet ist, wird der Luftstrom F frei über die Leitung 22 an die Turbine 24 übertragen. Der durch die Turbine 24 verlaufende Luftstrom F übt eine Kraft auf die Turbine 24 aus, die die Bewegung des Fahrzeugs 10 über einen gesteigerten Luftwiderstand anhält. Somit fungiert das regenerative Druckluftbremssystem 20 in einer nicht einschränkenden Ausführungsform als aeronautische Druckluftbremse, um die Verlangsamung des Fahrzeugs 10 zu unterstützen.
Der durch die Leitung 22 verlaufende Luftstrom F verläuft letztlich durch die Turbine 24. Da der Luftstrom F typischerweise mit konstanten Geschwindigkeiten durch die Leitung 22 verläuft und sich daher wie ein nichtkomprimierbarer Strom verhält, kann der Stator 36 der Turbine 24 bereitgestellt sein, um die Eigenschaften (Geschwindigkeit, Temperatur, Richtung usw.) des Luftstroms F zu modifizieren, sodass von dem Rotor 38 zusätzliche Arbeit aus dem Luftstrom F gewonnen werden kann. Die von dem Rotor 38 aus dem Luftstrom F gewonnene Energie wird verwendet, um den elektrischen Generator 26 mit Energie zu versorgen, um Strom zu erzeugen.
Die während der Verlangsamung des Fahrzeugs zurückgewonnene Energie kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel kann in einem allein von einem Verbrennungsmotor mit Energie angetriebenen Fahrzeug die zurückgewonnene Energie verwendet werden, um die Belastung der Lichtmaschine zu verringern oder den Kraftstoffverbrauch des Motors zu verringern. In einer alternativen Ausführungsform, zum Beispiel bei Hybrid- und vollelektrischen Fahrzeugen, kann die zurückgewonnenen Energie verwendet werden, um verschiedene Komponenten des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen oder um den Fahrzeugantrieb zu unterstützen, wodurch die verfügbare Energie und die Gesamtfahrzeugwirkungsgrade gesteigert werden.
3 stellt ein weiteres beispielhaftes regeneratives Druckluftbremssystem 120 dar. Das regenerative Druckluftbremssystem 120 ähnelt dem regenerativen Druckluftbremssystem 20 aus 2, weist jedoch eine leicht modifizierte Leitung 122 zum Lenken des Luftstroms F durch das regenerative Druckluftbremssystem 120 auf. Die Unterschiede zwischen den nicht einschränkenden Ausführungsformen aus den 2 und 3 liegen vor dem Hintergrund der folgenden Details zu dem regenerativen Druckluftbremssystem 120 auf der Hand.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das regenerative Druckluftbremssystem 120 eine Leitung 122, eine Turbine 124 und einen elektrischen Generator 126. Die Leitung 122 ist innerhalb einer Fahrzeugkarosserie 28 des Fahrzeugs 10 angeordnet und weist mehrere Abzweige 160 auf, die den Luftstrom F in Richtung der Turbine 124 lenken. Wenngleich in 3 zwei Abzweige 160 dargestellt sind, könnte die Leitung 122 eine beliebige Anzahl von Abzweigen aufweisen.
Jeder Abzweig 160 bildet einen Einlass 130 zum Lenken des Luftstroms F in die Leitung 122. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform sind die Einlässe 130 nahe den Radkästen 162 des Fahrzeugs 10 angeordnet, obwohl andere Einlasspositionen ebenfalls vorgesehen sind. Eine Tür 164 kann selektiv bewegt werden, um den Einlass 130 zu öffnen oder zu schließen. Jede Tür 164 weist ein Betätigungselement 166 zum Bewegen der Tür 164 zwischen der geschlossenen und der geöffneten Position auf. Das Betätigungselement 166 könnte eine mechanische Vorrichtung, eine elektrische Vorrichtung oder eine beliebige andere Betätigungsvorrichtung aufweisen, die dazu in der Lage ist, die Tür 164 zu bewegen, um den Einlass 130 zu öffnen und zu schließen.
Die Leitung 122 umfasst ferner einen Auslass 132. Der Luftstrom F kann über den Auslass 132 aus der Leitung 122 ausgestoßen werden, nachdem die Energie von der Turbine 124 aus dem Luftstrom F gewonnen wurde. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Auslass 132 an einer Rückseite der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet. Andere Auslasspositionen sind jedoch ebenfalls als im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten zu verstehen.
Der Luftstrom F, der in jeden Abzweig 160 gelangt, vermischt sich an der Verbindungsstelle 168 mit dem Luftstrom F aus anderen Abzweigen, bevor er in die Turbine 124 verläuft. Die Turbine 124 kann an einer beliebigen der Verbindungsstelle 168 nachgelagerten Position befestigt sein.
Die Turbine 124 weist einen Stator 136 und einen Rotor 138 auf. Der Stator 136 steuert die Drehzahl und die Richtung des Luftstroms, wenn dieser über die Leitung 122 an den Rotor 138 übertragen wird, und der Rotor 138 dreht sich, um Energie aus dem Luftstrom F zu gewinnen.
Der elektrische Generator 126 ist mit dem Rotor 138 über eine Antriebswelle 140 wirkverbunden. Die von dem Rotor 138 aus dem Luftstrom F gewonnene Energie treibt den elektrischen Generator 126 an, um Strom zu erzeugen. Die auf diese Weise während der Verlangsamung zurückgewonnenen Energie kann verwendet werden, um verschiedene Fahrzeuglasten mit Energie zu versorgen.
Ein Steuersystem 142 des regenerativen Druckluftbremssystems 120 ist dazu ausgelegt, das regenerative Druckluftbremssystem 120 anzuschalten/abzuschalten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform schaltet das Steuersystem 142 das regenerative Druckluftbremssystem 120 an, wenn das Reibungsbremssystem 18 (siehe 1) des Fahrzeugs 10 angeschaltet wurde, und schaltet das regenerative Druckluftbremssystem 120 ab, wenn das Reibungsbremssystem 18 abgeschaltet wurde. Zum Beispiel befiehlt, wenn das Reibungsbremssystem 18 angeschaltet ist, das Steuersystem 142 den Betätigungselementen 166, die Türen 164 in eine geöffnete Position zu bewegen, wodurch es dem Luftstrom F ermöglicht wird, in die Einlässe 130 der Abzweige 160 einzutreten. Der Luftstrom F, der durch die Leitung 122 eintritt, verläuft schließlich durch die Turbine 124, wodurch eine Kraft auf die Turbine 124 ausgeübt wird, die die Bewegung des Fahrzeugs 10 über einen gesteigerten Luftwiderstand anhält. Darüber hinaus kann die von dem Rotor 138 aus dem Luftstrom F gewonnene Energie verwendet werden, um Strom in dem elektrischen Generator 126 zu erzeugen. Das Steuersystem 142 befiehlt den Betätigungselementen 166, die Türen 164 in eine geschlossene Position zu bewegen, wodurch die Einlässe 130 abgesperrt werden, sobald das Reibungsbremssystem 18 abgeschaltet wurde.
4 stellt ein weiteres beispielhaftes regeneratives Druckluftbremssystem 220 dar. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst das regenerative Druckluftbremssystem 220 eine Leitung 222, eine Turbine 224 und einen elektrischen Generator 226. Die Leitung 222 ist innerhalb einer Fahrzeugkarosserie 28 des Fahrzeugs 10 angeordnet und weist mehrere Abzweige 260 auf, die den Luftstrom F in Richtung der Turbine 224 lenken. Jeder Abzweig 260 umfasst einen Einlass zum Lenken des Luftstroms F in die Leitung 222. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist ein erster Einlass 230A an einer Vorderseite der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet, ein zweiter Einlass 230B nahe einem ersten Radkasten 262A der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet und ein dritter Einlass 230C nahe einem zweiten Radkasten 262B der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet. Eine Tür 264 kann in einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform selektiv bewegt werden, um zumindest den zweiten Einlass 230B und den dritten Einlass 230C zu öffnen oder zu schließen.
Die Leitung 222 umfasst ferner einen Auslass 232. Der Luftstrom F kann über den Auslass 232 aus der Leitung 222 ausgestoßen werden, nachdem die Energie von der Turbine 224 aus dem Luftstrom F gewonnen wurde. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist der Auslass 232 an einer Rückseite der Fahrzeugkarosserie 28 angeordnet. Es sind jedoch auch andere Auslasspositionen vorgesehen.
Der Luftstrom F, der in jeden Abzweig 260 gelangt, vermischt sich an der Verbindungsstelle 268 mit dem Luftstrom F aus anderen Abzweigen, bevor er in die Turbine 224 verläuft. Ein Stator 236 der Turbine 224 steuert die Geschwindigkeit und die Richtung des Luftstroms, und der Rotor 238 dreht sich, um Energie aus dem Luftstrom F zu gewinnen. Die von dem Rotor 238 aus dem Luftstrom F gewonnene Energie treibt den elektrischen Generator 226 an, um Strom zu erzeugen.
Ein Steuersystem 242 ist dazu ausgelegt, das regenerative Druckluftbremssystem 220 anzuschalten/abzuschalten. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform schaltet das Steuersystem 242 das regenerative Druckluftbremssystem 220 an, wenn das Reibungsbremssystem 18 (siehe 1) des Fahrzeugs 10 angeschaltet wurde, und schaltet das regenerative Druckluftbremssystem 220 ab, wenn das Reibungsbremssystem 18 abgeschaltet wurde.
5 stellt unter weiterer Bezugnahme auf die 1–4 schematisch eine Steuerstrategie 300 zum Bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll, dar. Wenngleich die beispielhafte Steuerstrategie 300 in Bezug auf das Druckluftbremssystem 20 aus 2 beschrieben ist, lässt sie sich gleichermaßen auf die regenerativen Druckluftbremssysteme 120, 220 aus 3 bzw. 4 anwenden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist das Steuersystem 42 des regenerativen Druckluftbremssystems 20 mit einem oder mehreren Algorithmen programmiert, die dazu ausgelegt sind, die beispielhafte Steuerstrategie 300 oder eine beliebige andere Steuerstrategie auszuführen. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform wird die Steuerstrategie 300 als ausführbare Anweisungen im nichtflüchtigen Speicher 48 des Steuermoduls 44 des Steuersystems 42 gespeichert.
Die Steuerstrategie 300 beginnt bei Block 302. Bei Block 304 bestimmt die Steuerstrategie 300, ob ein Bremsereignis oder eine Verlangsamung des Fahrzeugs angefordert wurde. Bremsereignisse treten auf, wenn das Reibungsbremssystem 18 betätigt wurde, um mit einer Verlangsamung des Fahrzeugs 10 zu beginnen. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform erkennt das Steuersystem 42 des regenerativen Druckluftbremssystems 20 das Bremsereignis durch Analysieren des von dem Bremspedal 50 empfangenen Pedalpositionssignals S1. Das Bremspedal 50 steuert somit direkt das Anschalten des Reibungsbremssystems 18 und steuert indirekt das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems 20.
Die Steuerstrategie 300 geht zu Block 306 über, wenn bei Block 304 ein Bremsereignis erkannt wurde. An diesem Block kann das Steuersystem 42 eine Reihe von Systemanalysen vornehmen, um zu bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll oder nicht. In einer ersten nicht einschränkenden Ausführungsform vergleicht das Steuersystem 42 eine angeforderte Verlangsamungsgeschwindigkeit, die aus dem Pedalpositionssignal S1 abgeleitet werden kann, mit einem Schwellenwert einer Verlangsamungsgeschwindigkeit, um zu bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform vergleicht das Steuersystem 42 eine aktuelle Drehzahl des Fahrzeugs mit einem Schwellenwert für die Drehzahl des Fahrzeugs, um zu bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform schätzt das Steuersystem 42 ein Ausmaß des durch die Leitung 22 verlaufenden Luftstroms F, um zu bestimmen, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll. Das Ausmaß des durch die Leitung 22 verlaufenden Luftstroms F kann auf Grundlage von Rückmeldungen von einem Tachometer der Turbine 24, auf Grundlage von Rückmeldungen von Drucksensoren, die in der Leitung 22 angeordnet sind und eine Schätzung der Dichte des Luftstroms F bereitstellen, oder auf Grundlage abgeleiteter Umgebungstemperaturen, die eine Schätzung der Dichte des Luftstroms F bereitstellen, abgeleitet werden. Das Steuersystem 42 kann eine oder mehrere von der Verlangsamungsgeschwindigkeit, der aktuellen Drehzahl des Fahrzeugs und der Schätzung des durch den Kanal 22 verlaufenden Luftstroms F analysieren, wenn bestimmt wird, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 angeschaltet werden soll oder nicht.
Auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Systemanalyse bestimmt die Steuerstrategie 300 bei Block 308, ob das regenerative Druckluftbremssystem 20 entweder zur Unterstützung der Verlangsamung des Fahrzeugs 10 oder zur Erzeugung von Strom wirksam wäre. Falls JA, schaltet die Steuerstrategie 300 bei Block 310 das regenerative Druckluftbremssystem 20 an und beginnt dadurch damit, mit dem Rotor 38 der Turbine 24 Energie aus dem Luftstrom F zu gewinnen, um den elektrischen Generator 26 anzutreiben. Als Teil dieses Anschaltens kann die Steuerstrategie 300 ferner bestimmen, wie viel von der Kapazität (zwischen 0 % und 100 %) des regenerativen Druckluftbremssystems 20 verwendet werden soll. Diese Bestimmung kann wiederum auf einer Reihe von Systemanalysen im Zusammenhang mit Block 306 basieren. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform kann die Kapazität unter Verwendung einer oder mehrerer Lookup-Tabellen bestimmt werden, die in dem nichtflüchtigen Speicher 48 des Steuersystems 42 gespeichert sind.
In weiteren nicht einschränkenden Ausführungsformen können das Anschalten und das Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems 20 wie folgt gesteuert werden. Der von dem regenerativen Druckluftbremssystem 20 bereitgestellte Widerstand hängt von der aus dem Luftstrom F gewonnenen Energie ab, die zuerst von der Turbine 24 gewonnen und anschließend mechanisch an den elektrischen Generator 26 übertragen wird. Der von dem elektrischen Generator 26 bereitgestellte Widerstand, der von der Turbine 24 in den Widerstand gegenüber dem Luftstrom F umgewandelt wird, ist direkt mit dem erzeugten elektrischen Strom verbunden. Demnach kann das regenerative Druckluftbremssystem 20 dadurch angeschaltet oder abgeschaltet werden, dass das Steuersystem 42 den erzeugten Strom moduliert. Während das regenerative Druckluftbremssystem 20 deaktiviert ist, ist der elektrische Generator 26 im Wesentlichen getrennt und dreht sich der Rotor 38 frei. Bei der Aktivierung des regenerativen Druckluftbremssytems 20 nimmt das Steuersystem 42 den elektrischen Generator 26 in Eingriff, und während der Erzeugung des Stroms ist der elektrische Generator 26, und somit die Turbine 24, resistent gegenüber dem Luftstrom F und bremst das Fahrzeug 10, während er/sie Energie aus dem Luftstrom F gewonnen.
In einer ersten nicht einschränkenden Ausführungsform verwendet das Steuersystem 42 eine Form der Signalmodulierung, um den von dem elektrischen Generator 26 erzeugten Strom zu regulieren. Das Steuersystem 42 kann die Proportion der Bremskapazität, die von dem regenerativen Druckluftbremssystem 20 angefordert wird, zwischen 0 % und 100 % variieren. Die Strategie zur Signalmodulation kann elektrische Relais verwenden, zum Beispiel eine Methode zur Pulsweitenmodulation. In einer anderen nicht einschränkenden Ausführungsform verwendet das Steuersystem 42 ein elektrisches Relais, um den elektrischen Generator 26 entsprechend dem Anschalten und Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems 20 zu verbinden und zu trennen. In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform können die Turbine 24 und der elektrische Generator 26 entsprechend dem Anschalten und Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems 20 mechanisch verbunden und getrennt werden. Es können verschiedene mechanische Komponenten wie Kupplungen, Gänge usw. verwendet werden, um den elektrischen Generator 26 zu verbinden und zu trennen.
Das regenerative Druckluftbremssystem 20 ist während Nichtbremsereignissen abgeschaltet. Sobald es aktiviert ist, kann die Steuerstrategie 300 zu Block 302 übergehen.
Die regenerativen Druckluftbremssysteme der vorliegenden Offenbarung verringern die Belastung für das Reibungsbremssystem des Fahrzeugs und erhöhen die Energiemenge, die während Verlangsamungen des Fahrzeugs zurückgewonnen werden kann. Die während Bremsereignissen zurückgewonnene Energie hilft dabei, Energie zu auszugleichen, die ansonsten an die Umgebung verloren wird (z. B. als Abwärme), wenn das Fahrzeug verlangsamt wird. Die regenerativen Druckluftbremssysteme sind besonders bei hohen Drehzahlen effektiv, wenn eine plötzliche Verlangsamung nötig ist.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen so veranschaulicht sind, dass sie konkrete Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale von beliebigen der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten von beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass, wenngleich in diesen beispielhaften Ausführungsformen eine konkrete Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren der vorliegenden Offenbarung profitieren könnten.
Die vorstehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in irgendeinem einschränkenden Sinne auszulegen. Für den Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass bestimmte Modifikationen möglicherweise unter den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche genau gelesen werden, um den wahren Schutzumfang und Inhalt der vorliegenden Offenbarung zu ermitteln.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugkarosserie; ein regeneratives Druckluftbremssystem, das in der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist und Folgendes aufweist: eine Leitung; eine in der Leitung angeordnete Turbine; und einen mit der Turbine wirkverbundenen und von der Leitung entfernt angeordneten elektrischen Generator.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Leitung einen Einlass an einer Vorderseite der Fahrzeugkarosserie und einen Auslass an einer Rückseite der Fahrzeugkarosserie aufweist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Leitung zumindest teilweise durch einen Motorraum oder ein Fahrwerk der Fahrzeugkarosserie erstreckt.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung einen Abzweig mit einem Einlass aufweist und eine Tür beweglich ist, um den Einlass zu öffnen und zu schließen, wobei der Einlass gegebenenfalls nahe einem Radkasten der Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, und ferner gegebenenfalls ein Betätigungselement umfassend, das dazu ausgelegt ist, die Tür zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen, um den Einlass zu öffnen und zu schließen.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung einen ersten Abzweig mit einem ersten Einlass und einen zweiten Abzweig mit einem zweiten Einlass aufweist und wobei sich der erste Abzweig und der zweite Abzweig an einer Verbindungsstelle der Leitung treffen, wobei die Verbindungsstelle der Turbine vorgelagert angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Turbine einen Stator und einen Rotor aufweist.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Reibungsbremssystem, wobei das regenerative Druckluftbremssystem und das Reibungsbremssystem zusammenarbeiten, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Steuersystem, das dazu ausgelegt ist, das regenerative Druckluftbremssystem während der Verlangsamung des Fahrzeugs anzuschalten.
Verfahren, umfassend: Anschalten eines regenerativen Luftbremssystems eines sich bewegenden Fahrzeugs während Bremsereignissen, um die Verlangsamung des sich bewegenden Fahrzeugs zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 9, umfassend das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn eine angeforderte Verlangsamungsgeschwindigkeit einen Schwellenwert für eine Verlangsamungsgeschwindigkeit übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, umfassend das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn eine aktuelle Drehzahl des Fahrzeugs einen Schwellenwert für eine aktuelle Drehzahl des Fahrzeugs übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–11, umfassend das Anschalten des regenerativen Druckluftbremssystems, wenn ein abgeleitetes Ausmaß des Luftstroms, der durch das regenerative Druckluftbremssystem verläuft, einen Schwellenwert für ein Ausmaß des Luftstroms übersteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–12, wobei die Fahrzeugbremsereignisse auftreten, wenn ein Reibungsbremssystem des sich bewegenden Fahrzeugs angeschaltet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–13, umfassend: Verwenden einer Turbine, um Energie aus einem Luftstrom zu gewinnen, der über eine Leitung des regenerativen Druckluftbremssystems übertragen wird; Versorgen eines elektrischen Generators mit Strom unter Verwendung der aus dem Luftstrom gewonnenen Energie; und gegebenenfalls Öffnen einer Tür an einem Einlass der Leitung, um es dem Luftstrom zu ermöglichen, in die Leitung einzutreten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9–14, umfassend: Abschalten des regenerativen Druckluftbremssystems während Nichtbremsereignissen.